DE4339170C2

DE4339170C2 - Adaptive Regelvorrichtung

Info

Publication number: DE4339170C2
Application number: DE4339170A
Authority: DE
Inventors: Hidetaka Maki; Yusuke Hasegawa
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1992-11-16
Filing date: 1993-11-16
Publication date: 1998-09-24
Anticipated expiration: 2013-11-17
Also published as: DE4339170A1; JPH06161511A; US6097989A; JP2750648B2

Description

Die Erfindung betrifft eine adaptive Regelvorrichtung, umfas send eine Steuereinrichtung, die ein Steuersignal an eine zu steuernde Einrichtung, insbesondere an einen Verbrennungsmotor, ausgibt, wobei in Antwort auf das Steuersignal die zu steuernde Einrichtung ein Ausgangssignal ausgibt, und eine Parameterein stelleinrichtung, die einen Parameter der Steuereinrichtung einstellt in Abhängigkeit von Eingangssignalen, umfassend das Steuersignal und das Ausgangssignal.

Unter den in nachfolgend auch als adaptive Steuereinrichtungen bezeichneten adaptiven Regeleinrichtungen verwendeten Einstell sätzen ist ein von I. D. Landau et al vorgeschlagener Satz bekannt, der in bezugsmodellhaften adaptiven Steuersystemen (MRACS) oder selbstabstimmenden Regelgliedern (STR) verwendet wird. In der vorgeschlagenen Technik wird das adaptive System in ein diesem äquivalentes Rückkopplungssystem gewandelt, gebildet aus einem linearen und einem nicht-linearen Block. Der Einstellsatz ist so bestimmt, daß der Eingang und der Ausgang des nicht-linearen Blocks Popopv's-Integralungleichungen ge nügt, während die Übertragungsfunktion des linearen Blocks vollständig positiv real wird, wodurch eine Systemstabilität sichergestellt ist. Diese Technik ist beschrieben in "COMPUTROL", Nr. 27, Seiten 28 bis 41 (Tokyo: CORONA Publishing Co., Ltd), oder Automatic Control Handbook, Seiten 703 bis 707 (Tokyo: Ohm Publishing Co., Ltd., 1983).

Der von I. D. Landau et al vorgeschlagene Parametereinstellsatz ist weiter unter Bezug auf ein einfaches STR beschrieben, dargestellt in Fig. 1. Hier sind die Polynome des Zählers und des Nenners B/A (der Umformer (Plant) - die zu steuernde Ein richtung des Systems) definiert als (1) und (2) von Gleichung 1. Die Parameter oder der Parametervektor der adaptiven Steuer einrichtung θ(k) und der Eingang Zeta (k) zu dem Parametereinsteller sind in (3) und (4) von Gleichung 1 definiert.

(k) ist auch in Gleichung 2 ausgedrückt. Γ(k) und e*(k) in Gleichung 2 stellen die Verstärkungsgradmatrix und ein Identi fikationsfehlersignal dar und sind in den Gleichungen 3 und 4 als Rekursionsformeln ausgedrückt.

In Abhängigkeit davon, wie λ₁(k) und λ₂(k) in Gleichung 3 ge wählt sind, wird ein Algorithmus gewählt. Wenn beispielsweise λ₁(k) = 1 und λ₂(k) = 0, dann liegt ein Algorithmus mit kon stantem Verstärkungsgrad vor. Wenn λ₁(k) = 1 und λ₂(k) = λ (0 < λ < 2), dann liegt ein Algorithmus mit graduell abnehmendem Verstärkungsgrad (Methode der kleinsten Quadrate, wenn λ = 1) vor. Wenn λ₁(k) = λ₁ (0 < λ₁ < 1) und λ₂(k) = λ₂ (0 < λ₂ < λ), dann liegt Algorithmus mit veränderlichem Verstärkungsgrad vor (Methode der gewichteten kleinsten Quadrate, wenn λ₂ = 1). Wenn man λ₁(k)/λ₃(k) als σ umschreibt und λ₃ wie in Gleichung 5 ausdrückt, wenn λ₁(k) = λ₃, dann liegt ein Algorithmus mit kon stantem Ablauf vor.

Wenn eine solche Berechnung auf einem Digitalcomputer durch geführt wird, müssen, weil der Digitalcomputer eine bestimmte Bit-(Wort) Länge wie etwa 4, 8, 16 oder 32 Bit aufweist, die ursprünglich durch die Konfiguration seiner Register, Daten busse u. dgl. bestimmt ist, die Variablen der Berechnung in einigen Fällen innerhalb eines vorbestimmten Bereichs einge schränkt werden. Wenn beispielsweise einem kleinsten signifi kanten Bit (LSB) einer Variablen ein kleiner Wert zugewiesen wird, um die Berechnungsgenauigkeit zu erhöhen, ist hierdurch Ausmaß eingeschränkt, und daher ist der Änderungsbereich der Variablen automatisch beschränkt. Wenn der Parametereinsteller auf einem Digitalcomputer realisiert werden soll, sind nicht alle Variablen des Parametereinstellers von diesem Problem frei. "Variable" oder "Zwischenvariable" gemäß der Beschrei bung bedeutet, daß alle Variablen letztlich (oder auch vor übergehend) in der adaptiven Steuereinrichtung berechnet sind als Γ(k), Γ(k-1)ζ(k-d), Γ(k-1)ζ(k-d)Γ^T(k-1), ^T(k-1)ζ(k-d), usw.

Dies ist unter Bezug auf einen in Fig. 2 dargestellten Zeit änderungsumformer beschrieben. Die Anordnung in Fig. 2 ist eine mit Modifikation des in Fig. 1 dargestellten STR; insbe sondere sind in dem in Fig. 1 gezeigten STR einige Werte kon kreter festgelegt, wie:

Verzögerung d = 2,
A(z⁻¹) = 1 + a₁z⁻¹, und
B(z⁻¹) = b₀ + b₁z⁻¹,
wobei sich die Werte a₁, b₀, b₁ bezüglich der Zeit ändern sol len. Das Modell der Konfiguration in Fig. 2 ist als in Glei chung 6 ausgedrückt angenommen.

Das vorstehend angesprochene Modell dient dazu, eine Regel strecke, d. h. eine als Umformer wirkende technische Einrich tung als mathematisches Modell zu beschreiben, welches im relevanten Bereich angenähert gleiches Verhalten wie die reale technische Einrichtung zeigt, um beispielsweise Regelungssimu lationen durchzuführen. Eine gemäß dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik ausgebildete oder erfindungsgemäße Regel einrichtung ist jedoch dafür gedacht, reale technische Ein richtungen zu regeln, wobei das Modell durch die technische Einrichtung ersetzt wird.

Angenommen, daß jeder LSB Variablen ein ausreichend kleiner Wert zugewiesen ist und eine Simulation mit ausreichender Bit-Länge durchgeführt wird. Wenn ein solcher Eingang r(k), wie er in Fig. 3 ausgedrückt ist, der Steuerung eingegeben wird, wird der Ausgang y(k) des Umformers so wie in Fig. 4 gezeigt. Fig. 5 zeigt den Steuerfehler (= r(k)-y(k)) und demonstriert, daß das STR der Änderung des Umformers folgt und richtig wie ein Regler funktioniert. Wenn man ein Element Γ₁₁(k) (erste Reihe, erste Säule) der Verstärkungsgradmatrix als die Dar stellung der Zwischenvariablen des Parametereinstellers wählt, wird der Wert wie in Fig. 6 gezeigt. Aus der Figur ist zu entnehmen, daß die Änderung des Werts relativ groß ist und von 4×10⁷ bis 8×10⁸ reicht. Bei einer Ganzzahlberechnung ist es für einen Mikrocomputer mit einem kleinen Bit-Strang wie etwa 16 Bits schwierig, mit so großen Werten umzugehen.

Angenommen, daß die Bit-Länge für die bei der Berechnung der Parametereinsteller verwendeten Zwischenwerte ausreichend vor bereitet ist, aber daß dem LSB relativ großer Wert zugewiesen ist. Dann ist unter diesen Umständen der Steuerfehler r(k)-y(k) zu betrachten. Wie in Fig. 7 gezeigt, wird der Steuer fehler größer, was die Steuerleistung mindert. Wenn die adap tive Steuereinrichtung auf einem Digitalcomputer mit hoher Genauigkeit realisiert werden soll, muß man auch den Zwischen werten der LSB's einen kleinen Wert zuweisen, und durch diese Maßnahme muß man einen Digitalcomputer mit einer Bit-Länge verwenden, die ausreicht, eine Sättigung in dem Computer zu vermeiden. Im Ergebnis ist es ziemlich schwierig, eine adap tive Steuereinrichtung in ein Steuersystem mit einer kurzen Meßperiode unter Verwendung eines geringerwertigen, mit gerin gerer Bit-Länge ausgestatteten und daher weniger teuren Mikro computers einzuführen. Anders gesagt, wenn eine Meßperiode in dem Steuersystem kurz ist, muß man einen teuren hochwertigen Mikrocomputer mit einer größeren Bit-Länge verwenden.

Mit anderen Worten war das von I. D. Landau et al vorgeschla gene Verfahren ein theoretisches und die Realisierung einer adaptiven Regeleinrichtung in einem Computer auf Echtzeitbasis und mit einer kurzen Meßperiode wurde nicht geprüft.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine adaptive Regeleinrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche eine exakte, stabile Regelung unter Verwendung eines Mikrocomputers mit kleiner (Bit-)Wortlänge ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine adaptive Regeleinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Ferner wird diese Aufgabe durch eine adaptive Regeleinrichtung mit den Merkmalen eines der Ansprüche 2 bis 4 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt allgemein die Konfiguration einer adaptiven Steuereinrichtung mit dem von I.D. Landau et al vorgeschlage nen Parametereinstellsatz;

Fig. 2 zeigt ein konkreteres Beispiel einer adaptiven Steuereinrichtung mit einer gegenüber der Konfiguration von Fig. 1 modifizierten Zeitänderungsumformer;

Fig. 3 zeigt ein Simulationsergebnis mit Darstellung eines Eingangs zu der in Fig. 2 gezeigten Steuereinrichtung;

Fig. 4 zeigt ein Simulationsergebnis mit Darstellung eines Ausgangs von dem in Fig. 2 gezeigten Umformer;

Fig. 5 zeigt ein Simulationsergebnis mit Darstellung des Steuerfehlers der in Fig. 2 gezeigten Steuerung;

Fig. 6 zeigt ein Simulationsergebnis mit Darstellung eines Elements Γ₁₁(k) einer Verstärkungsgradmatrix des in Fig. 2 gezeigten Parametereinstellers;

Fig. 7 zeigt ein Simulationsergebnis eines Falls, worin dem LSB ein großer Wert zugewiesen ist, in der in Fig. 2 ge zeigten Konfiguration;

Fig. 8 zeigt eine Gesamtansicht eines Kraftstoffzumes sungs-Steuersystems für einen Verbrennungsmotor zur erfin dungsgemäßen Verwendung;

Fig. 9 zeigt in einem Blockdiagramm Details der in Fig. 8 gezeigten Steuereinheit;

Fig. 10 zeigt eine adaptive Steuereinrichtung zur Ver wendung in dem in Fig. 8 gezeigten System;

Fig. 11 zeigt in einem Flußdiagramm den Betrieb der in Fig. 9 gezeigten Steuereinheit;

Fig. 12 zeigt in einem Blockdiagramm die erste Ausfüh rung der Erfindung, hauptsächlich aufgebaut auf der in Fig. 10 gezeigten Konfiguration;

Fig. 13 zeigt ein Simulationsergebnis mit Darstellung eines Eingangs zu der in Fig. 10 gezeigten Steuerung;

Fig. 14 zeigt ein Simulationsergebnis mit Darstellung eines Ausgangs von des in Fig. 10 gezeigten Umformers;

Fig. 15 zeigt ein Simulationsergebnis mit Darstellung der Änderung des Verstärkungsgradmatrixelements Γ₁₁(k) des in Fig. 10 gezeigten Parametereinstellers;

Fig. 16 zeigt ein Simulationsergebnis mit Darstellung der Antwort des Luft-Kraftstoffverhältnisses in der Steuerein richtung nach Fig. 10 mit Indizierung der Steuerleistung;

Fig. 17 zeigt ein Simulationsergebnis mit Darstellung der Änderung des Verstärkungsgradmatrixelements Γ₁₁(k) des Pa rametereinstellers nach Fig. 12 zur Erläuterung der ersten Ausführung der Erfindung;

Fig. 18 zeigt ein Simulationsergebnis mit Darstellung der Antwort des Luft-Kraftstoffverhältnisses in der in Fig. 12 gezeigten adaptiven Steuereinrichtung;

Fig. 19 zeigt ein Fig. 12 ähnliches Blockdiagramm, aber mit Darstellung einer adaptiven Steuereinrichtung gemäß einer zweiten Ausführung der Erfindung;

Fig. 20 zeigt ein Simulationsergebnis mit Darstellung der Antwort des Luft-Kraftstoffverhältnisses, wenn in der in Fig. 12 gezeigten adaptiven Steuereinrichtung eine 16-Bit-Ganz zahlberechnung durchgeführt wird;

Fig. 21 zeigt in einem Flußdiagramm den Betrieb einer adaptiven Steuereinrichtung gemäß der dritten Ausführung der Erfindung;

Fig. 22 zeigt ein Simulationsergebnis mit Darstellung des Verstärkungsgradmatrixelements Γ₁₁ in der dritten Ausfüh rungsform;

Fig. 23 zeigt ein Simulationsergebnis mit Darstellung der Antwort des Luft-Kraftstoffverhältnisses in der dritten Ausführung;

Fig. 24 zeigt ein Fig. 21 ähnliches Flußdiagramm, aber mit Darstellung des Betriebs einer adaptiven Steuereinrichtung gemäß einer vierten Ausführung der Erfindung;

Fig. 25 zeigt ein Simulationsergebnis mit Darstellung eines Eingangs zu der Steuereinrichtung der vierten Ausfüh rung;

Fig. 26 zeigt ein Simulationsergebnis mit Darstellung eines Ausgangs von dem Umformer in der Steuereinrichtung der vierten Ausführung;

Fig. 27 zeigt ein Simulationsergebnis mit Darstellung der Änderung des Verstärkungsgradmatrixelements Γ₁₁ in der Steuereinrichtung gemäß der vierten Ausführung;

Fig. 28 zeigt ein Simulationsergebnis mit Darstellung der Antwort des Luft-Kraftstoffverhältnisses in der vierten Ausführung;

Fig. 29 zeigt in einem Fig. 21 ähnlichen Flußdiagramm den Betrieb einer adaptiven Steuereinrichtung gemäß einer fün ften Ausführung;

Fig. 30 zeigt ein Simulationsergebnis mit Darstellung eines Eingangs zu der Steuereinrichtung der fünften Ausfüh rung;

Fig. 31 zeigt ein Simulationsergebnis mit Darstellung eines Ausgangs von dem Umformer in der Steuereinrichtung der fünften Ausführung;

Fig. 32 zeigt ein Simulationsergebnis mit Darstellung der Änderung des Verstärkungsgradmatrixelements Γ₁₁ in der fünften Ausführung; und

Fig. 33 zeigt ein Simulationsergebnis mit Darstellung der Antwort des Luft-Kraftstoffverhältnisses in der Steuerung der fünften Ausführung.

Nachfolgend sind Ausführungen der Erfindung beschrieben, und zwar beispielshalber anhand einer adaptiven Steuereinrichtung zur Kraftstoffzumessung zu einem Verbrennungsmotor. Die Steue rung soll die Kraftstoffeinspritzmenge auf einen gewünschten Wert unter adaptiver Korrektur der Kraftstofftransportverzöge rung durch Ablagerung eingespritzten Kraftstoffs auf der Wand des Einlaßrohrs steuern.

Fig. 8 zeigt eine Gesamtansicht der Steuereinrichtung. Mit dem Bezugszeichen 10 ist ein Vierzylinder-Verbrennungsmotor bezeichnet. Durch einen am fernen Ende eines Lufteinlaßwegs 12 angebrachten Luftfilter 14 angesaugte Luft wird den ersten bis vierten Zylinder zugeführt durch einen Puffertank 18 und einen Einlaßkrümmer 20, wobei deren Fluß durch ein Drosselventil 16 eingestellt ist. Eine Einspritzdüse 22 zum Einspritzen von Kraftstoff ist nahe dem Einlaßventil (nicht gezeigt) jedes Zylinders angebracht. Der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit der Einlaßluft unter Bildung eines Luft-Kraftstoff gemischs, der in dem zugeordneten Zylinder durch eine Zünd kerze (nicht gezeigt) gezündet wird. Die sich ergebende Ver brennung des Luft-Kraftstoffgemischs treibt einen Kolben (nicht gezeigt) abwärts. Das durch die Verbrennung erzeugte Abgas wird durch ein Auslaßventil (nicht gezeigt) in einen Auslaßkrümmer 24 abgegeben, von wo es durch ein Auslaßrohr 26 zu einem katalytischen Dreiwegewandler 28 fließt, wo es vor Abgabe nach außen von giftigen Bestandteilen gereinigt wird.

Ein Kurbelwellensensor 34 zum Erfassen der Kolbenkurbelwinkel ist in einem Verteiler (nicht gezeigt) des Verbrennungsmotors 10 vorgesehen, ein Drosselstellungssensor 26 ist zum Erfassen des Öffnungsgrads θTH des Drosselventils 16 vorgesehen, und ein Krümmerabsolutdrucksensor 38 ist zum Erfassen des Absolut drucks Pb der Einlaßluft stromabwärts des Drosselventils 16 vorgesehen. An der stromaufwärtigen Seite des Drosselventils 16 sind ein Atmosphärendrucksensor 40 zum Erfassen des (baro metrischen) Atmosphärendrucks Pa vorgesehen, ein Einlaßluft temperatursensor 42 zum Erfassen der Temperatur der Einlaßluft und ein Hygrometer 44 zum Erfassen der Feuchtigkeit der Ein laßluft. Ein Luft-Kraftstoffverhältnissensor 46 mit einem Sauer stoffkonzentrationsdetektor ist in dem Auspuffsystem an einer Stelle stromabwärts des Auslaßkrümmers 24 und stromauf wärts des Dreiwegekatalysators 28 vorgesehen, wo er das Luft- Kraftstoffverhältnis des Auspuffgases erfaßt. Die Ausgänge der Sensoren 34 etc. werden einer Steuereinheit 50 zugeführt.

Details der Steuereinheit 50 sind in dem Blockdiagramm in Fig. 9 gezeigt. Der Ausgang des Luft-Kraftstoffverhältnissen sors 46 wird von einem Erfassungskreis 52 der Steuereinheit 50 empfangen, wo er einem geeigneten Linearisierungsprozeß zum Erhalt eines Luft-Kraftstoffverhältnisses (A/F) unterworfen wird, welches sich über von mager zu reich mit der Sauerstoff konzentration des Auspuffgases einen weiten Bereich linear ändert. Der Ausgang des Erfassungskreises 52 wird durch einen A/D (analog/digital) Wandler 54 einem Mikrocomputer zugeführt, umfassend eine CPU (zentrale Rechnereinheit) 56, ein ROM (Nur-Lesespeicher) 58 und ein RAM (Speicher mit freiem Zugriff) 60, in dem der Ausgang gespeichert wird. In ähnlicher Weise werden die Analogausgänge des Drosselstellungssensors 36 etc. dem Mikrocomputer durch einen Pegelwandler 62, einen Multiplexer 64 und einen zweiten A/D-Wandler 66 zugeführt, wobei der Aus gang des Kurbelwellensensors 34 von einem Wellenformer 68 ge formt und dessen Ausgangswert in einem Zähler 70 gezählt wird. Das Ergebnis dieser Zählung wird in den Mikrocomputer eingege ben. Entsprechend in dem ROM 58 gespeicherten Befehlen berech net die CPU 56 des Mikrocomputers Steuerwerte in einer nach folgend erläuterten Weise und treibt die Einspritzdüsen 22 der einzelnen Zylinder via einen Treiberkreis 72 an. Verwendet ist ein Mikrocomputer mit 16 Bit Länge o. dgl., der weniger teuer ist und daher billiger an einem Fahrzeug angebracht werden kann.

Weil ein Teil des eingespritzten Kraftstoffs sich an Stellen wie etwa der Wand des Einlaßdurchgangs ablagert, ist die Kraftstoffmenge, die tatsächlich zu einem Zylinder fließt (Ist-Zylinderkraftstofffluß) geringer als eine erwünschte Kraftstoffeinspritzmenge (Soll-Zylinderkraftstofffluß), und die Minderung wird daher ausgedrückt als ein Fehlbetrag erster Ordnung. Zusätzlich ist die Erfassungsverzogerung (Totzeit) des Luft-Kraftstoffverhältnissensors zu berücksichtigen, und die Anlage umfaßt eine Übertragungsfunktion, wie sie in Glei chung 7 gezeigt ist.

Der Kraftstoffablagerungsumformer ist somit ein zeitveränder licher Umformer, der sich in Abhängigkeit vom Motorzustand ändert. In anderen Worten, die Werte a₁, b₀, b₁ ändern sich be züglich der Zeit. Somit steuert die CPU 56 so, daß der die zeitveränderliche Kraftstoffablagerungsumformer kompensiert wird. Fig. 10 zeigt die Struktur der adaptiven Steuereinrich tung.

Der Betrieb der in Fig. 9 gezeigten Steuereinheit ist nun unter Bezug auf das Flußdiagramm nach Fig. 11 erläutert.

Die von dem Kurbelwellensensor 34 erfaßte Motordrehzahl Ne wird in Schritt S10 gelesen. Dann geht das Programm zu Schritt S12 weiter, wo der Atmosphärendruck Pa, der Krümmerabsolut druck Pb, die Drosselöffnung θTH, das Luft-Kraftstoffverhält nis (A/F) und andere ähnliche von dem Atmosphärendrucksensor 40 etc. erfaßte Werte gelesen werden.

Dann geht das Programm zu Schritt S14 weiter, wo festgestellt wird, ob der Motor angedreht wird oder nicht, und wenn dies nicht so ist, zu Schritt S16 weiter, wo festgestellt wird, ob die Kraftstoffzufuhr unterbrochen wurde oder nicht. Wenn das Ergebnis der Feststellung negativ ist, geht das Programm zu Schritt S18 weiter, wo ein gewünschter Basiszylinderkraft stofffluß (Basiskraftstoffeinspritzmenge) Ti durch eine Karten auslesung (nicht gezeigt) berechnet wird, und zwar unter Ver wendung der Motordrehzahl Ne und des Krümmerabsolutdrucks Pb als Adreßdaten. Dann geht es zu Schritt S20 weiter, wo der vorgenannte Soll-Zylinderkraftstofffluß (Kraftstoffeinspritz menge) Tout berechnet wird, hauptsächlich aus dem Wert Ti und in Ausdrücken der Kraftstoffeinspritzperiode in Übereinstim mung mit einer Basismodusgleichung. (Die Basismodusgleichung ist ein bekanntes Verfahren, das die vorgenannte adaptive Steuereinrichtung nicht verwendet).

Dann geht das Programm zu Schritt S22 weiter, wo festgestellt wird, ob die Aktivierung des Luft-Kraftstoffverhältnissensors 46 beendet wurde oder nicht, und wenn dies so ist, zu Schritt S24 weiter, wo ein Ist- Zylinderluftfluß Gair geschätzt wird. Dann geht es zu Schritt S26 weiter, wo der Ist- Zylinderkraft stofffluß Gfuel geschätzt wird durch Teilen des geschätzten Werts Gair durch das erfaßte Luft-Kraftstoffverhältnis (A/F), dann zu Schritt S28, wo die Kraftstoffeinspritzmenge Tout wie nachfolgend erläutert letztlich bestimmt wird, und zu S30, wo der Wert Tout an die Einspritzdüsen 22 des zugeordneten Zylin ders durch den Treiberkreis 72 ausgegeben wird.

Wenn sich in Schritt S14 herausstellt, daß der Motor angedreht wird, läuft das Programm durch die Schritt S32 und S34 zur Berechnung des Startmodussteuerwerts. Wenn Schritt S16 heraus findet, daß die Kraftstoffzufuhr unterbrochen wurde, läuft das Programm zu Schritt S36, wo der Wert Tout auf Null gesetzt wird. Wenn Schritt S22 herausfindet, daß der Sensor nicht ak tiviert wurde, springt das Programm direkt zu Schritt S30 und die Einspritzdüse wird von dem Basismodussteuerwert angetrie ben. Weil jedoch der Kern der Erfindung in einer Berechnung in der adaptiven Steuerung liegt und nicht in der adaptiven Steu erung selbst, und weil die adaptive Steuerung selbst in der japanischen Patentanmeldung Nr. 4 (1992)-215, 665 des Erfinders erläutert wurde, die auch in den Vereinigten Staaten am 2. Juli 1993 unter der Nummer 08/085,157 eingereicht wurde, ist dies nicht weiter erläutert.

An dieser Stelle wird die Berechnung selbst erläutert.

Wie aus den Gleichungen 2 bis 4 ersichtlich, ist der Bereich, in dem sich die Zwischenwerte möglicherweise ändern können, durch die Eingabe von Zeta (k) in den Parametereinsteller be stimmt. Daher ist es in der Erfindung derart angeordnet, daß, um den Bereich der Zwischenwerte einzuschränken, der Wert Zeta (k) mit einem von 1 abweichenden Koeffizient (nachfolgend "C1" genannt) multipliziert wird und das Produkt wird dann in den Parametereinsteller eingegeben. Insbesondere ist der Wert Γ(k) umgekehrt proportional zum Quadrat des Koeffizienten C1, wie er aus der Gleichung 3 abgeleitet wird. Andererseits ist der Wert k (der Ausgang des Parametereinstellers) lediglich durch den gesteuerten Umformer bestimmt. Daher ist es theoretisch offensichtlich, daß obwohl die Werte Zeta(k) und y (k) mit dem Koeffizienten C1 multipliziert sind, der der Steuereinrichtung zugeführte Ausgang unverändert bleibt. Dies ist in Fig. 12 dargestellt, die gegenüber Fig. 10 modifiziert ist. In der Gesamtanordnung ist der Zustand des Modells der gleiche wie in Fig. 2.

Dies ist bezüglich der Fig. 13 und folgenden erläutert. Um die in Schritt S28 in dem Flußdiagramm nach Fig. 11 betref fende adaptive Steuerung auf dem Mikrocomputer mit geringerer Bit-Länge zu realisieren, wird die Routine in diesem Schritt simuliert. Fig. 13 und folgende zeigen die Ergebnisse die ser Simulation. Die Simulation wurde unter Verwendung der ada ptiven Steuereinrichtung für den Umformer durchgeführt, wie sie in Gleichung 7 ausgedrückt ist, wobei der Algorithmus mit veränderlichem Ergebnis gewählt ist. Hier ist der Soll-Wert r(k) gleich den Soll-Zylinderkraftstofffluß, der in Schritt S20 in dem Flußdiagramm nach Fig. 11 berechnet ist, und der Umformereingang u(k) ist der Wert Tout, der schließlich in Schritt S28 des Flußdiagramms bestimmt ist. Der Umformeraus gang y(k) ist der Ist-Zylinderkraftstofffluß Gfuel, der im Flußdiagramm in Schritt S26 geschätzt ist, zur Eingabe zu der Steuereinrichtung und dem Parametereinsteller.

Angenommen, daß dem LSB ein ausreichend kleiner Wert zugewie sen ist, während die Bit-Länge wie oben erwähnt als ausrei chend groß gesetzt ist, und daß r(k) (die Eingabe der Steuer einrichtung als Anzeige des Soll-Zylinderkraftstoffflusses (er wünschte Kraftstoffeinspritzmenge)) als ein Wert gesetzt ist, der als eine offene Periode (in Sekunden) der Einspritzdüse 22 ausgedrückt definiert ist, wie in Fig. 13 gezeigt. In diesem Fall sind der Umformerausgang y(k), das Element Γ₁₁(k) der Zwischenvariablen darstellenden Verstärkungsgradmatrix und das die Steuerleistung indizierende Luft-Kraftstoffverhältnis so wie in Fig. 14 bis 16 gezeigt. Wie aus Fig. 15 ersicht lich, reicht der Wert Γ₁₁(k) maximal 4,5 × 10⁹. Ein solcher Wert ist in einem 16-Bit Mikrocomputer nicht leicht zu handhaben.

Daher wird unter Multiplikation der in den Parametereinsteller eingegebenen Werte Zeta (k-d) und y(k) mit dem Koeffizienten C1, wie in Fig. 12 gezeigt, die Antwort betrachtet. Hier ist C1 als 1000 gesetzt und der Soll-Zylinderkraftstofffluß r(k) ist auf den gleichen Wert wie den in Fig. 13 verwendeten ge setzt. Der Wert Γ₁₁(k) und das Luft-Kraftstoffverhältnis werden so, wie in den Fig. 17 und 18 gezeigt. In Fig. 17, 1/C1² = 1/10⁶, wenn man dies mit Fig. 15 vergleicht, und der Vergleich von Fig. 18 mit Fig. 16 zeigt, daß die Steuerleistung an nähernd die gleiche ist. Es ließ sich bestätigen, daß der Änderungsbereich des Zwischenwerts gemindert werden kann. Ob wohl hier der Algorithmus mit variablem Verstärkungsgrad ver wendet ist, wäre das Resultat das gleiche, wenn der Algorith mus mit graduell abnehmenden Verstärkungsgrad verwendet worden wäre. Was den Algorithmus mit konstantem Verstärkungsgrad oder den Algorithmus mit konstantem Ablauf betrifft, so kann gesagt werden, daß obwohl der Wert Γ(k) in seinem Änderungsbereich konstant oder klein ist, andere Zwischenwerte als der Wert Γ(k), wie etwa Γ(k-1) Zeta(k-d) oder ^T(k-1) Zeta (k-d) ebenfalls in ihrem Änderungsbereich begrenzt würden, sofern sie mit dem Koeffizienten multipliziert sind.

In der Ausführung ist der Zwischenwert umgekehrt proportional zu dem Quadrat des Eingangswerts zu dem Parametereinsteller, und er ist so eingerichtet, daß der Zwischenwert durch Erhö hung des Eingangswerts abnimmt. Wenn mit dieser Anordnung dem LSB ein kleiner Wert zugewiesen ist, um eine gewünschte Steu ergenauigkeit zu erhalten, so wird es möglich, den Änderungs bereich der Zwischenwerte zu begrenzen, ohne die Bit-Länge zu erhöhen, um hierdurch eine Sättigung zu verhindern. Hierdurch wird es möglich, die Berechnung auf einem weniger teuren Mi krocomputer mit kürzerer Bit-Länge als etwa 16-Bit durchzufüh ren. Weil man wegen der kleinen Bit-Länge mit höherer Ge schwindigkeit rechnen kann, kann die dargestellte Konfigura tion eine Steuerung mit einer kurzen Meßperiode erreichen. Wie oben erwähnt, ließ sich weiter bestätigen, daß die Multiplika tion des Eingangs des Parametereinstellers mit dem Koeffizien ten die Steuerleistung nicht beeinträchtigt.

Fig. 19 ist ein Fig. 12 ähnliches Blockdiagramm mit Darstel lung einer zweiten Ausführung der Erfindung. Das in der ersten Ausführung verwendete Modell wird wieder verwendet.

In der zweiten Ausführung wird der der Steuereinrichtung zuzu führende Eingang r(k) mit dem Koeffizienten C1 zum Erhalten von r'(k) multipliziert, und der Wert r'(k) wird in die Steu ereinrichtung eingegeben. Dann wird der Ausgang u'(k) der Steuereinrichtung durch den Koeffizient C1 geteilt, um den in den Umformer eingegebenen Wert u(k) zu erhalten. Weiter wird der Ausgang y(k) des Umformers mit dem Koeffizienten C1 zum Erhalt von y'(k) multipliziert, und der Wert y'(k) wird dem Parametereinsteller eingegeben. Hier ist der Wert y'(k) wie gesagt das Produkt von y(k) und C1, und der Ausgang u'(k) der Steuereinrichtung wird C1 mal größer als u(k) in der ersten Ausführung, die in Fig. 12 dargestellt ist. Demzufolge werden die Werte Zeta (k) und y'(k) die gleichen Werte wie die in Fig. 12 gezeigten. Ähnlich, weil der in den Umformer eingege bene Wert u(k) mit dem Wert 1/C1 multipliziert wurde, wird der Wert der gleiche wie der in Fig. 12 dargestellte. Hierdurch hat die in Fig. 19 dargestellte Konfiguration die gleiche Wirkung wie die in Fig. 12 dargestellte.

Anzumerken ist, daß die Modifikation der ersten Ausführung nicht auf die zweite Ausführung beschränkt ist und viele an dere Modifikationen möglich sind. Wichtig ist nur, daß der Eingang zu dem Parametereinsteller mit dem Koeffizienten mul tipliziert werden sollte, während der in den Umformer einzuge bende Wert in seiner ursprünglichen Form gehalten wird.

Nachfolgend ist eine dritte Ausführung der Erfindung erläu tert.

Weil es sich im vorstehenden als möglich erwies, die Zwischen werte wie etwa Γ(k) zu mindern, wird jedem LSB der Variablen ein solcher Wert zugewiesen, daß keine Sättigung auch dann auftreten kann, wenn eine 16-Bit-Ganzzahlberechnung durchge führt wird, und dann wird die Simulation durchgeführt. Fig. 20 zeigt das Ergebnis dieser Simulation und illustriert das hierbei erhaltene Luft-Kraftstoffverhältnis. Hier ist gezeigt, daß die Steuerleistung des Luft-Kraftstoffverhältnisses gemin dert ist. Dies deswegen, ob nun die in Fig. 12 oder in Fig. 19 dargestellte Konfiguration zur Begrenzung des Maximalwerts des Zwischenwerts verwendet wird, der kleinste Wert ebenfalls abnimmt, wodurch es unmöglich wird, dem LSB einen ausreichend kleinen Wert zuzuweisen. In dem Algorithmus mit konstantem Ergebnis oder dem Algorithmus mit konstantem Ablauf ist dies kein ernstes Problem, weil die Verstärkungsgradmatrix Γ(k) entweder konstant oder in ihrem Änderungsbereich klein ist. In dem Algorithmus mit graduell abnehmendem Verstärkungsgrad oder dem Algorithmus mit variablem Verstärkungsgrad könnte es, weil Γ(k) umgekehrt proportional zum Quadrat von Zeta (k) ist, gele gentlich unmöglich werden, den Maximal/Minimalwert von Γ(k) in Abhängigkeit vom Änderungsverhältnis oder Maximal/Minimalwert von r(k) zu mindern. Im Ergebnis kann, selbst wenn dem LSB ein kleiner Wert zugewiesen ist, eine Sättigung auftreten, wenn die Bit-Länge auf ein bestimmtes Ausmaß begrenzt ist. Es wäre unmöglich, den Wert Γ(k) einen Begrenzer durchlaufen zu las sen, um ihn auf eine bestimmte Grenze zu beschränken. Jedoch würde in diesem Fall der Wert (k) divergieren anstatt konver gieren.

Die dritte Ausführung zielt darauf hin, dieses Problem zu lö sen, und zu diesem Zweck ist sie so angeordnet, daß der Be reich von Γ(k) weiter begrenzt ist.

Dies ist unter Bezug auf das Flußdiagramm in Fig. 21 erläu tert. Das Programm beginnt bei S100, wo der Wert Γ(k) gemäß Gleichung 3 berechnet wird. Das Programm geht dann zu S102 weiter, wo der Wert Γ_ij(k) mit einem Grenzwert verglichen wird. Wenn er kleiner als der Grenzwert ist, geht das Programm zu S104 weiter, wo der berechnete Wert gelassen wird wie er ist. Wenn sich herausstellt, daß der Wert nicht kleiner als der Grenzwert ist, geht das Programm zu S106 weiter, wo der Wert Γ_ij(k) durch einen Wert zur Rückkehr (seinen Anfangswert) er setzt wird.

Fig. 22 zeigt die Antwort des Werts Γ₁₁(k), wenn der Grenzwert für den in Fig. 17 gezeigten Wert Γ₁₁(k) auf 500 gesetzt ist. Wie dargestellt, wird der Wert zu dem Rückkehrwert (der An fangswert; hier auf 100 gesetzt) zurückgeführt, wenn er den Grenzwert überschreitet. Hierdurch überschreitet der Wert Γ₁₁(k) den Grenzwert nicht. Daher wird der Maximalwert von Γ₁₁(k) auf 1/9 des Maximalwerts (4,5 × 10³) in Fig. 17 gemin dert, und das LSB von Γ₁₁(k) kann weiter verringert werden. Das in Fig. 23 gezeigte unter diesen Umständen vorliegende Luft-Kraftstoffverhältnis verschlechtert sich nicht im Vergleich zu dem in Fig. 16 gezeigten. Es ist leicht zu verstehen, daß die Rückkehr zu dem Anfangswert eine Diversion verhindert, aus der Tatsache, daß der Algorithmus mit konstantem Verstärkungsgrad nicht divergiert. In dem Algorithmus mit graduell abnehmendem Verstärkungsgrad oder dem Algorithmus mit variablem Ver stärkungsgrad tritt auch keine Divergenz auf, wenn Γ(k) zu Beginn von dem Anfangswert gestartet wird.

Mit der derart angeordneten dritten Ausführung braucht, wenn zum Einhalten der Steuergenauigkeit dem LSB ein kleiner Wert zugewiesen ist, die Bit-Länge nicht erhöht werden, und daher wird der Änderungsbereich der Zwischenvariablen strikter be grenzt, so daß keine Sättigung auftritt. Hierdurch wird es möglich, die adaptive Steuerung unter Verwendung einer kurzen Meßperiode auf einem weniger teuren Mikrocomputer mit einer kürzeren Bit-Länge unter Verwendung des Algorithmus mit gradu ell abnehmenden Verstärkungsgrad oder des Algorithmus mit va riablem Verstärkungsgrad durchzuführen. Obwohl nur der Wert Γ(k) als ein Repräsentat der Zwischenvariablen gewählt ist, so kann dies, es braucht nicht gesagt zu werden, auch bei an deren Variablen angewendet werden.

Fig. 24 zeigt ein Fig. 21 ähnliches Flußdiagramm, aber in einer vierten Ausführung der Erfindung. In der Ausführung wird zu jedem vorbestimmten Steuerzyklus der Wert Γ₁₁(k) automa tisch zu dem Rückkehrwert (dem Anfangswert) Steuerzyklus (z. B. der Bezugswert = 3) rückgeführt, und zwar unabhängig davon, ob er gerade den Grenzwert überschreitet oder nicht, wie in den Schritten S200 bis S206 gezeigt. Fig. 25 bis 28 zeigen die Simulationsergebnisse, durchgeführt mit der Konfiguration der vierten Ausführung. Weil die Ergebnisse zeigen, daß die Ände rung des Luft-Kraftstoffverhältnisses in einem Bereich von 14,7 ± 0,006 liegt, und daß Γ₁₁(k) auf einen bestimmten Grenzwert beschränkt ist, während eine ausreichende Steuerlei stung beibehalten wird, hat die Ausführung den gleichen Effekt wie die dritte. Angemerkt wird, daß der Bezugswert irgendein Wert sein kann, der nicht kleiner als 2 ist. Weiter ist anzu merken, daß der Bezugswert ins Abhängigkeit von dem Betriebs zustand des Umformers geändert werden kann, mit Ausnahme der Varianz zu jedem Zyklus (weil das dem Algorithmus mit konstan tem Verstärkungsgrad äquivalent werden würde).

Fig. 29 ist ein Fig. 21 ähnliches Flußdiagramm mit Darstel lung einer fünften Ausführung der Erfindung. In der fünften Ausführung wird der Wert Γ₁₁(k) auf den Rückkehrwert (den An fangswert) rückgeführt, wenn der Wert Γ₁₁(k) gleich oder größer als der Grenzwert (in dieser Ausführung 80) wird, oder wenn der Steuerzyklus den Bezugswert (in dieser Ausführung 7) erreicht, wie in den Schritten S300 bis S308 gezeigt. Fig. 30 bis 33 zeigen die Simulationsergebnisse der Ausführung der fünften Ausführung. Die Wirkung der fünften Anordnung ist die gleiche wie in der dritten Ausführung.

In den vorstehenden ersten bis fünften Ausführungen kann, ob wohl die Erfindung bezüglich des STR beschrieben wurde, auch bei MRACS angewendet werden.

In den vorstehenden ersten bis fünften Ausführungen kann die erste (oder die zweite) Ausführung und die dritte (oder die vierte oder fünfte) Ausführung unabhängig voneinander verwen det werden. Alternativ ist es möglich, nachdem der Änderungs bereich der Zwischenwerte unter Verwendung der ersten (oder der zweiten) Ausführung beschränkt wurde, den Bereich unter Verwendung der dritten (oder der vierten oder fünften) Ausfüh rung weiter zu begrenzen.

In den dritten und fünften Ausführungen ist es alternativ mög lich, obwohl der Wert Γ_ij(k) auf den Rückkehrwert (den An fangswert) rückgeführt wird, wenn der gleich oder größer als der Grenzwert wird, einen Wert Γ_pq(k) (wobei i ≠ p oder j ≠ q) auf den Rückkehrwert (den Anfangswert) rückzuführen, wenn der Wert Γ_ij(k) gleich oder größer als der Grenzwert ist. Es ist weiter möglich, nicht nur ein Element rückzuführen, sondern auch zwei oder mehr Elemente des Werts Γ(k) rückzuführen, wenn der Wert Γ_ij(k) gleich oder größer als der Grenzwert wird. Weiter ist es alternativ möglich, für die separaten Ele mente des Werts Grenzwerte zu setzen.

In den dritten bis fünften Ausführungen ist es alternativ mög lich, obwohl der Wert auf den Anfangswert rückgeführt wird, diesen auf einen von dem Anfangswert abweichenden geeigneten Wert rückzuführen.

Eine adaptive Steuereinrichtung unter Verwendung eines als Rekursionsformel ausgedrückten Einstellsatzes umfaßt einen Umformer, eine Steuereinrichtung, die einen Eingang zu dem Umformer steuert und einen Parametereinsteller, der einen Pa rameter der Steuereinrichtung einstellt. In der Steuereinrich tung wird ein Eingang zu dem Parametereinsteller mit einem von 1 abweichenden Koeffizienten multipliziert derart, daß der Änderungsbereich der internen Variablen des Parametereinstel lers auf eine vorbestimmte Grenze eingeschränkt ist. Mit die ser Anordnung kann die Steuereinrichtung auf einem weniger teuren Mikrocomputer mit kürzerer Bit-Länge wie etwa 16-Bit realisiert werden. Der Eingang zu dem Parametereinsteller kann aus dem Steuereingang zu dem Umformer und einem Ausgang davon aufgebaut sein. Alternativ können der Eingang zu der Steuer einrichtung und ein Ausgang von dem Umformer beide mit einem von 1 abweichenden Koeffizienten zur Eingabe zu dem Parameter einsteller multipliziert werden. Weiter besteht die Möglich keit, daß ein Verstärkungsgradmatrixelement des Parameterein stellers intermittierend durch einen vorbestimmten Wert er setzt wird, wenn es eine Grenze überschreitet, oder wenn der Zyklus der Steuerung eine vorbestimmte Anzahl von Zyklen über schreitet.

Claims

1. Adaptive Regelvorrichtung, umfassend:

- eine Steuereinrichtung, die ein Steuersignal (u(k)) an eine zu steuernde Einrichtung, insbesondere an einen Verbrennungs motor, ausgibt, wobei in Antwort auf das Steuersignal (u(k)) die zu steuernde Einrichtung ein Ausgangssignal (y(k)) ausgibt; und
- eine Parametereinstelleinrichtung, die einen Parameter ((k)) der Steuereinrichtung einstellt in Abhängigkeit von Eingangssignalen, umfassend das Steuersignal (u(k)) und das Ausgangssignal (y(k));
dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangssignale mit einem von 1 abweichenden Koeffizienten (C1) multipliziert werden zur Annäherung der Wertebereiche interner Variablen der Parametereinstelleinrichtung an die Wertebereiche der Eingangssignale.

2. Adaptive Regelvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein der Steuereinrichtung zuzuführendes Eingabesignal (r(k)) und das Ausgangssignal (y(k)) mit einem von 1 und 0 abweichenden Koeffizienten (C1) multipliziert werden, zur Annäherung der Wertebe reiche interner Variablen der Parametereinstelleinrichtung an die Wertebereiche der Eingangssignale, und daß das von der Steuer einrichtung ausgegebene, der Parametereinstelleinrichtung zugeführte Ausgangssignal (u'(k)) mit dem Kehrwert des Koeffizienten (C1) multipliziert und der zu steuernden Einrichtung als modifiziertes Steuersignal (u(k)) zugeführt wird.

3. Adaptive Regelvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Element einer Verstärkungsgradmatrix (Γ(k)) der Parameterein stelleinrichtung bei Überschreiten eines Grenzwerts durch einen vorbestimmten Wert ersetzt wird, welcher kleiner ist als der Grenzwert.

4. Adaptive Regelvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer vorbestimmten Anzahl von Regelzyklen die Elemente einer bzw. der Verstärkungsgradmatrix (Γ(k)) der Parametereinstell einrichtung durch vorbestimmte Werte ersetzt werden.

5. Adaptive Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente einer bzw. der Verstärkungsgradmatrix (Γ(k)) der Parametereinstelleinrichtung nach der Methode der gewichteten kleinsten Quadrate berechnet werden.

6. Adaptive Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente einer bzw. der Verstärkungsgradmatrix (Γ(k)) der Parametereinstelleinrichtung nach der Methode der kleinsten Quadrate berechnet werden.